Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Stanford thông báo rằng họ đã chế tạo thành công một bộ cách ly laser thụ động siêu mỏng hiệu quả bằng silicon.
Các mạch tích hợp dựa trên silicon sẽ tuân theo Định luật Moore và có thể thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn. Với sự ra đời của các mạch tích hợp quang tử, các nhà nghiên cứu đã vượt ra ngoài kiến trúc mạch truyền thống. Tuy nhiên, việc thiếu nguồn laser chip silicon ổn định và đáng tin cậy luôn là trở ngại lớn hạn chế tiềm năng của các mạch tích hợp quang tử silicon – mỗi chùm tia laser cần một bộ cách ly để làm cho nó không ổn định và ngăn chặn phản xạ ngược vào tia laser.
Sợi quang truyền thống và các hệ thống quang học lớn thường sử dụng bộ cách ly quang với Hiệu ứng Faraday để bảo trì laser. Mặc dù phương pháp này có thể được áp dụng lại trên chip, khả năng mở rộng của nó vẫn kém vì nó không tương thích với công nghệ bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS). Mặt khác, các nhà khoa học cũng đã đạt được tiến bộ trong việc chế tạo bộ cách ly phi từ tính (không phụ thuộc vào Hiệu ứng Faraday), nhưng điều này sẽ dẫn đến sự phức tạp và mức tiêu thụ điện năng của toàn bộ hệ thống.
Trong bài báo đăng trên tạp chí Nature Photonics, các nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford đề xuất rằng bộ cách ly lý tưởng phải hoàn toàn thụ động và phi từ tính để đạt được khả năng mở rộng và tương thích trơn tru với công nghệ CMOS.
Họ đã tạo ra một bộ cách ly thụ động cấp chip hiệu quả bằng vật liệu silicon, có thể được đặt trong một lớp vật liệu bán dẫn mỏng hơn một tờ giấy hàng trăm lần. Bộ cách ly sóng liên tục tích hợp này, được làm bằng silicon nitride (SiN), một vật liệu bán dẫn thông thường dễ sản xuất hàng loạt, có Hiệu ứng Kerr.
Hiệu ứng Kerr chỉ ra rằng vật liệu đẳng hướng trở thành lưỡng chiết dưới tác động của điện trường, và điện trường do ánh sáng gây ra sẽ dẫn đến sự thay đổi chiết suất vật liệu, tỷ lệ thuận với độ rọi sáng. Hiệu ứng sau trở nên đáng kể hơn trong chùm tia laser có cường độ bằng nhau.
Kết quả nghiên cứu của nhóm trên cho thấy rằng Hiệu ứng Kerr trong vòng SiN phá vỡ sự thoái hóa giữa chế độ theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ và cho phép sóng được truyền đi không đối xứng. Chùm tia laser chính đi qua vòng SiN, khiến các photon quay theo chiều kim đồng hồ xung quanh vòng. Đồng thời, chùm tia phản xạ làm cho photon quay ngược chiều kim đồng hồ. Sự lưu thông trong vòng dẫn đến sự tích tụ năng lượng. Công suất tăng sẽ ảnh hưởng đến chùm tia yếu hơn (trong trường hợp này là chùm tia phản xạ), và chùm tia mạnh hơn sẽ không bị ảnh hưởng.
Jelena Vukovovic, giáo sư kỹ thuật điện tại Đại học Stanford và là tác giả nghiên cứu cao cấp, cùng nhóm của bà đã thiết lập một nguyên mẫu như bằng chứng về khái niệm và chứng minh sự ghép nối của hai bộ cách ly vòng theo tầng để đạt được hiệu suất vượt trội. Họ cũng báo cáo rằng họ có thể cân bằng sự cô lập và mất mát liên quan đến sự ghép nối của bộ cộng hưởng vòng bằng cách thay đổi sự ghép nối.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu có kế hoạch nghiên cứu sâu hơn các bộ cách ly với các tần số quang học khác nhau và sẽ nỗ lực giảm các thành phần này để khám phá các ứng dụng khác của bộ cách ly cấp chip.
Nguồn từ ofweek.com
